淺談軸承內外圈旋轉刷洗設備研制

朱曉松

（中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 051430）

軸承作為一種高精度、互換性好、已標準化的機械基礎零件，經常應用于高效率、高轉速、高精密度的場合。軸承質量的好壞，將直接影響機械運動部件的運轉精度、性能、壽命和可靠性。軸承清潔度是軸承質量的一項重要考核指標。軸承的清潔度是由軸承生產過程中的清洗質量來保證的。因此，如何保證及提高軸承生產過程中的清潔質量是軸承生產企業技術人員十分重視的問題。當前，軸承內外圈的清洗設備主要為旋轉噴淋及超聲波清洗2 類，旋轉噴淋清洗就是在軸承旋轉過程中對軸承噴射清洗液，通過清洗液的溶解作用及沖擊力來去除軸承表面的污物，旋轉噴淋清洗存在成本高、清洗效率低、安全性差、工裝多、調整多、軸承清潔度難以滿足要求等缺點；而超聲清洗存在清洗不均勻現象，清洗效果差等問題。而對于軸承內外圈零件來說，清洗效果最好的是刷洗，如何研制一種無須更換工裝、無須調整、清洗效率高、效果好的自動化軸承刷洗設備成為亟待解決的課題。

1 設備總體方案

1.1 設計原則

（1）自動化程度高。軸承屬于大批量生產的機械部件，為了提高生產率，清洗系統需要具有較高的自動化程度，以便保證企業對生產節拍的要求。

（2）清洗效率高。當前，大多數的軸承采用流水線的生產方式，清洗效率的高低不僅僅影響該工序的效率，還會影響整條生產線的生產效率。

（3）洗凈能力強。能夠通過企業的清潔度檢測實驗。

（4）清洗安全與綠色環保。清洗過程中非常容易造成生產車間及周圍環境的污染，危害操作人員的健康，甚至發生爆炸、火災等事故。

1.2 工作流程及空間布局

（1）工作流程。該設備旨在實現對軸承內外圈的旋轉刷洗，主功能分區為清洗機構，為實現能夠在軸承自動生產線上應用，還配置了輔助機構：自動進、出料機構、限位機構、位移機構。設備工作流程示意圖如圖1。

圖1 設備工作流程示意圖

（2）設備空間布局。整個設備可以分為入料區域、輔助區域、功能區域以及出料區域。其中功能區域為刷洗功能區；輔助區域分為擋料區域與位移區域。設備的空間布局需要充分考慮各個區域的功能合理布局，盡量緊湊。圖2 為設備空間布局圖。設備總體結構圖如圖3。

圖2 設備空間布局圖

圖3 設備總體結構圖

1.3 設備總體結構

軸承套圈進入設備后，由入料區傳送棍棒實現軸承的入料，限位機構將軸承限制在合適的位置，以便移位機構能夠快速、準確地將軸承夾持并將軸承移送到清洗工位，實現對軸承的旋轉刷洗，清洗完成后由移位機構將軸承推送到出料區，由出料區動力棍棒的帶動下，將軸承套圈移送出設備。

（1）定位夾緊機構設計。本設備定位夾緊機構采用曲柄滑塊的作用原理，將四個曲柄滑塊機構以間隔90°的方式連接起來，并把四個曲柄連接為曲柄轉盤，形成如圖4 所示結構，以曲柄轉盤的轉動帶動四個滑塊在平面內移動，實現對軸承的定位與夾緊。

圖4 定位夾緊機構原理圖

根據上述定位夾緊機構工作原理設計如圖5 所示的定位夾緊機構。以氣缸作為定位夾緊機構的動力源，齒輪旋轉盤作為曲柄盤，氣缸推動齒條移動，齒條與齒輪旋轉盤上的齒輪嚙合，帶動齒輪旋轉盤轉動，齒輪旋轉盤帶動連桿轉動。在連桿的作用下實現夾持塊在導槽中實現平移運動，實現夾持塊對軸承的夾持作用。4 個夾持塊能夠等速趨近或離開轉盤中心（夾持塊保持等距性行程），使工作平面對中心總能夠保持相等的距離。當軸承尺寸變化時，有夾持塊的等距移動來調整，使軸承工序基準（軸線）與轉盤中心保持一致。在四個夾持塊的作用下，軸承的X、Y 軸的自由度被限制，軸承只具有Z 軸的轉動自由度，達到對夾持機構設計的目的。

圖5 定位夾緊機構工作原理圖

圖6 定位夾緊機構三維模型

將軸承定位夾緊后，需要實現軸承的旋轉。傳動機構帶動鏈輪旋轉，帶動芯軸旋轉，芯軸與齒輪旋轉盤通過平鍵連接，芯軸轉動帶動齒輪旋轉盤的轉動，實現夾持塊及工作臺面的旋轉，帶動軸承旋轉。

（2）刷洗機構設計。確定軸承刷洗方式后，需要對軸承刷洗方式的實現進行研究。刷洗機構的設計需要注意以下幾點：由于刷洗過程會有靜電產生，驅動毛刷不能夠由電驅動實現旋轉，因此，毛刷旋轉的驅動方式采用氣動馬達，以滿足設備防爆要求。毛刷接觸軸承內外表面的作用力不能夠大于定心夾緊機構對軸承的夾緊力，以免使軸承產生位移，同時，毛刷桿需要有足夠的剛性，防止毛刷桿彎曲變形。根據上述設計要求，設計了圖7 所示的刷洗機構。

圖7 刷洗機構結構示意圖

當軸承由位移機構移動到清洗工位時，下壓氣缸處于伸回狀態，待定位夾緊機構將軸承位置夾緊后，下壓氣缸伸出，將內、外毛刷送到工作位置。在定位夾緊機構的帶動下，軸承開始旋轉，同時內、外氣動馬達的帶動下實現毛刷的旋轉，實現對軸承的刷洗功能。整個刷洗過程是在防護罩內完成，能夠防止刷洗過程中清洗液的飛濺，保證生產環境的清潔。防護罩內的防靜電網能夠很好的防治刷洗過程中產生的靜電，保證生產的安全。

2 結語

該設備能夠在無工裝、無調整的條件下，實現對規定尺寸段內軸承內外圈的清洗。整個清洗過程在防護罩內進行，能夠防止清洗液的飛濺，且防護罩內的防靜電網能夠有效地防止由刷洗產生的靜電引起的安全隱患。因此，該設備能夠滿足設備生產自動化的要求。